【《多路温湿度检测系统设计》5500字（论文）】

多路温湿度检测系统设计目录TOC\o"1-3"\h\u45881绪论： 344921.1研究意义 3301971.2设计具体内容 37772系统方案的选择与论证 3164662.1主控芯片模块 3247262.2无线通信模块 498222.3传感器模块 452442.4显示模块 4128463系统硬件设计 4280703.1单片机总体方案设计 4224053.2单片机最小系统 5305313.3温湿度监测模块 6105973.4无线通讯模块 688573.5LCD显示模块 7320373.6报警模块 8318043.7按键调整模块 8284663.8主要电路图 9123683.8.1一级主机的单片机控制电路设计 979113.8.2 二级从机控制电路设计 10321234系统软件设计 10251254.1主要控制模块 11298654.2显示模块 11303424.3无线通讯模块（接收） 1250894.5无线通讯模块（发送） 1395794.4按键调整模块 14319184.6温度湿度测量模块 15146415设计的实现 16191845.1硬件的仿真 16218395.2代码的编写 17304775.3设计拼装调试 1741456测试结果 18181417总结与展望 21摘要:在科技与信息技术不断发展的大前提下，各行各业都引入了利用物联网技术来进行数据的检测，分析与调整。其中在粮仓，温室大棚，养殖孵化场等地方对温湿度有着很大的需求，其中对温湿度检测系统的精确化和自动化也越来越高。本设计通过单片机来实现多路温湿度的检测和实现，介绍了设计的研究意义，具体的方案选择和论证，整个系统的硬件原理，以及软件程序的仿真与实现几个部分来实现模拟在对温湿度有着监控要求的环境下如何进行温湿度的监测。本设计能够远程无线监控环境之中温湿度的监控，同时具有多路同时监控的优势，并且具有不同路分别报警的功能。设计的硬件部分分为单片机最小系统，温湿度检测模块，无线通讯模块，显示模块，报警模块以及按键调整馍快来实现对环境之中的温湿度监测。软件部分主要是介绍了程序实现系统的编程构思，分别介绍了软件的显示，通讯发送与接收的控制，按键功能和温湿度的监测的代码实现与编程构思。设计总体上实现了对温湿度监测与报警的基本系统功能。关键词:DH11STC89C52LCD1602温湿度传感检测1绪论：1.1研究意义对于水果这些人们生活之中不可缺少的必需品而言，我们随着生活品质的改善，对水果的数量，新鲜度有了进一步的要求。同样在粮食的贮存方面同样对着温湿度有着严苛的要求以防止粮食发生霉变。在养殖业也对温湿度有着非常严苛的要求，否则将会对牲畜幼崽的存活率造成极大的影响。对于传统的农业，畜牧业而言，通常使用人工观察的方式来完成对温湿度的监控，人工的方式通常会影响到粮食水果的密封保存，对于这些需要密封保存的环境造成破坏。同时因为人工测量无法对整个环境进行完备的，实时的测量，所以误差以及监控的实时覆盖性无法进行保障。1.2设计具体内容本设计主体功能是检测环境中的温湿度，如果环境之中的温湿度超过程序的设定范围，蜂鸣器就会报警。本设计基于STC89C52单片机来完成。通过DH11温湿度传感器搜集环境之中的温湿度传感器采集环境之中的对应数据传递到单片机中进行数据处理，再通过NRF24L01P无线模块将数据传递到一级主机当中去，一级主机接收到数据之后。一级主机接收到数据之后进行处理并将数据传送到LCD1602进行显示，并且判断是否进行报警。具体的研究内容包括以下方面：（1）本设计使用STC89C52单片机。（2）温湿度的传感器使用的是DH11，无线通信使用的是NRF24L01P无线模块。（3）温度的控制值范围是0摄氏度至50摄氏度，湿度的控制范围20%至90%。（4）通过按键可以设置上下限的控制值实现报警的效果。（5）采用LCD1602液晶显示进行各路的温度和湿度的显示。2系统方案的选择与论证2.1主控芯片模块方案一：采用PIC10单片机，PIC单片机具有haryard双总线结构，处理速度较快，具有双向I/O接口，设置了表明输入或者输出的寄存器。但PIC10单片机寄存器分布在4个存储区间。编程较为复杂。方案二：采用单片机STC89C52单片机，STC89C52单片机具有一套完整的按位系统，开发较为简单。同时具有功能丰富，便于移植，调试和维护较为简单等优点。通过上述分析，结合自身能力以及设计对简便性的要求，选择方案二进行设计。2.2无线通信模块方案一：采用PTR2000采用FSK调制解调模式，具有很强的刚干扰能力，工作频率稳定。据有低发射功率，一级很高的灵敏度。方案二：采用NRF24L01P模块，该模块的优点是功耗极低，便于系统的设计和实际应用的开发与使用；使用范围较广，不仅可以用于单片机的开发而且广泛地应用于生活中各类无线产品之中如无线门禁，遥控玩具，无线鼠标之中，开发及较为成熟；体积较小设计系统方便携带。出于成本以及开发经验的考虑，选择方案二来进行设计。2.3传感器模块方案一：采用DH11数字温湿度传感器DH11数字温湿度传感器具有数字化输出、准确性较高、功耗较低、抗干扰能力强、测量范围较大等优点。方案二：分别采用温敏元件和湿敏原件使用数据转换器转换数据处理得到温湿度数据。方案二不仅成本更高，而且得到的数据误差较大，还需求专业的仪器进行数据采集开发时间长难度大。因此选择直接数字化输出的DH11温湿度传感器。2.4显示模块方案一：采用LED显示模组，LED显示具有显示颜色丰富内筒清晰等优点，但是成本过高，接线复杂。方案二：采用LCD1602液晶显示模块，LCD1602具有显示内容丰富，可以显示字符如：温度单位摄氏度℃。并且成本较低，开发时间较长等优点。结合分析以及开发需求选择方案二来进行设计。3系统硬件设计3.1单片机总体方案设计 总体方案采用以STC89C52为核心，STC89C52属于51单片机系列，是一个具有低功耗高抗干扰的单片机同时满足系统的性能需求。通过多个I/O接口完成数据接收，数据显示，报警的功能。 设计分为一级主机和两个二级从机来实现多路情况下的温湿度检测，两个二级从机能够独立地完成温湿度的采集和无线数据的传递，一级主机能够接收到二级从机传输的的数据，并进行处理选择是否进行报警和将温湿度的数据显示在LCD屏幕上面。总体结构图如图1所示。图1单片机总体方案设计3.2单片机最小系统STC89C52是由宏晶科技所推出的低功耗高性能的8位微控制器。具有8kflash闪存。STC89C52单片机的工作电压为3.3伏到5.5伏或者2.0伏到3.8伏。工作频率范围为0到40MHz。给使用者提供8kflash闪存。具有132个通用I/O端口。具有看门狗计时功能。兼容MCS-51指令系统。具有可编程flash，并且成本较低，功耗极低，性能较高，可适应较为恶劣的环境。因此被广泛的应用于嵌入式开发和工业控制之中。单片机控制模块由单片机，晶振电路和复位电路三部分所组成。同时添加指示灯显示工作状态是否良好。晶振电路由两个30P的电容和12MHZ的晶振所组成。并接入单片机的18、19两个引脚之上。如图2所示：图2单片机最小系统3.3温湿度监测模块温度传感器使用DH11数字温湿度传感器，其具有以校准数字信号的输出，湿度测量范围为20%PH到90%RH，温度测量范围是是0-50摄氏度。误差值为±5%RH，±2摄氏度。具有4针单排直插，使用较为方便。并且具有能够适应一般恶劣环境，响应速度快，造价较低体积较小。接入单片机的1号引脚。如图3所示： 图3温湿度监测模块3.4无线通讯模块无线传感模块由NRF24L01P加上稳压芯片所组成，其中稳压芯片和NRF24L01P的VCC接口相连用于稳定电压，其中P00与IRQ接口相连、P01与MISO接口相连、P02与MOSI接口相连、P03与CLK接口相连接、P04与CSN接口相连接、P05与CE接口相连。无线传感器模块与二级从机模块相对应使用NRF24L01P无线传感器。接收由二级从机传来的数据值。如图4所示：图4无线传感模块3.5LCD显示模块 LCD1602由16个引脚所组成，其中1号接口GND为电源地，2号接口为VDD接5伏正极电源，3号接口为VL对比度调整，通过接入10k的电位器来完成调整对比度，4号接口是RS寄存器选择高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器，5号接口R/W为读写信号线，通过高低电平来控制显示和写入。6号接口为E使能信号通过高电平向低电平的转换完成对液晶显示的命令，7至14接口为DATAI/O口，15号接口为背光源正极，16号接口为背光源负极。其中4号RS引脚和6号E使能信号引脚接入单片机P10/T和P11/T完成控制。如图5所示。图5LCD显示模块 3.6报警模块 蜂鸣器的报警由单片机输出的脉冲信号经过电路放大器驱动蜂鸣器的报警来实现，由单片机的P12接口接入通过二极管来放大电路，从而驱动蜂鸣器的报警。如图6所示。图6报警模块3.7按键调整模块 通过按键来控制对温湿度调整的范围，按键S0接入单片机的复位接口（RESERT)。按键S1接入P14接口，按键S2接入P16接口，按键S3接入P17接口，通过按键断开时单片机输入端口处于高电平状态按键按下时，单片机处于低电平状态，通过单片机电平的变化实现对报警范围的调控，通过按下按键S0使得单片机进入报警范围的调控状态，按键S1实现对不同主板和相应的温湿度调节（温度最高值、最低值、湿度最高值、最低值）的切换，通过按键S3实现对温度或者湿度报警范围的增加，通过按键S4实现对温度或者湿度调控范围的减少。如图7所示：图7按键调整模块3.8主要电路图3.8.1一级主机的单片机控制电路设计一级主机由LCD显示模块、无线传感器模块、指示灯报警模块按键调整模块和单片机模块组成。如图8所示：图8一级主机的单片机控制电路设计3.8.2 二级从机控制电路设计二级从机由单片机模块、晶振模块、指示灯模块、无线传感器模块、温湿度传感器模块、和电源模块组成。如图9所示： 图9二级从机控制电路设计4系统软件设计主机和从机采取模块化独立化的设计，通过不同的模块设计，实现主模块对次要模块的控制与管理。根据设计模拟出一个水果储存的环境。完成如下要求：二级从机检测出环境之中温度和湿度变量。并将数据传递给一级主机。一级主机接收到环境变量之后进行数据处理，完成对数据的显示与报警的判断。具体思路是一级主机先向二级从机发送查询的命令，二级从级初始化后自动设置为发送模式，并且发送测量到的温湿度数据。数据发送之后继续保持发送模式，以等待下一次一级主机的查询命令。主机接收到查询命令之后，将数据处理进行显示，然后对温湿度数据进行与设定报警值的对比，如果环境变量处于报警值区间则触发报警模块。一级主机按照模块模块可以分为主要控制模块、LCD显示模块、无线通讯模块、按键调整模块、温湿度测量模块。4.1主要控制模块主要控制模块在模拟的温湿度环境之中接收到二级从机传递的数据后对设定的报警区间对比，如果在报警区间之内，那么就可能处于对水果储存不利的环境，则触发灯光和蜂鸣器，进行报警，并将数据进行显示。具体思路流程如图10所示：图10主要控制模块部分代码如图：4.2显示模块显示模块在初始化之后接收到单片机的数据通过读出LCD的状态为空闲时，写入对应的温湿度数据，进行输出。原理如图11：图11显示模块部分代码如图：4.3无线通讯模块（接收）无线通讯模块将发射与接收置于16MHz频率功率为2Mbps，接收地址为一级主机。主机先进行数据查询，接收到二级从机的数据后进行循环如图12：图12无线通讯模块（接收）部分代码如图：4.5无线通讯模块（发送）无线通讯模块如图13所示： 图13无线通讯模块（发送）部分代码如图：4.4按键调整模块控制模块初始化后进行温湿度的检测并且将温湿度通过无线通讯模块进行传递。如图14所示：图14按键调整模块部分代码如下：4.6温度湿度测量模块温度湿度测量模块如图15所示： 图15温度湿度测量模块部分代码如下：5设计的实现5.1硬件的仿真软件的仿真采用Proteus平台，Proteus是一款EDA工具软件，能够进行单片机和外围组成的仿真，由英国LabCenterElectronics公司发行，具有强大的单片机仿真模拟功能，也可以进行数字电路，模拟电路的电路仿真，也具有PCB的设计功能。仿真功能极为强大，收到广大单片机开发者的喜爱。Proteus能够进行对所模拟电路具体电器使用规范的检查，对编程运行的模拟，并且能够提供报错，进一步的完善电路。具体内容如图16所示图16仿真软件演示5.2代码的编写编写代码使用的是KeiluVision平台进行编写，使用的编程语言是C++语言，是由ARM公司提供的进行单片机开发的一款软件。软件提供完整的C/C++语言环境。同时能够进行单片机的仿真实验。具体如图17所示。 图17代码编写演示5.3设计拼装调试设计的具体实现包括以下几点：一进行硬件的焊接二通过简单的程序进行测试对硬件的可行性进行测试。三将程序烧录至二级从机之中去，写入温湿度的测试程序，进行DH11的测试。四简单的进行无限测试模块的搭建，测试无线传感器的可行性。五将所有程序进行写入，搭建出完整的系统，进行无线多路系统各项功能的测试，比如温湿度的检测，液晶显示器是否能够准确测试，蜂鸣器能否准确的报警等。6测试结果实现了多路情况下进行温湿度的检测并且在各路不同环境下分别进行报警具体实现如图所示。首先是系统总体的构成如图18：图18系统总体构成然后分别是一级主机构成和二级从机构成如图19和图20所示：图19一级主机的构成图20二级从机的构成接着是通过按钮调节具体的温湿度报警区间如图21所示：图21调节报警区间实现蜂鸣器的报警功能，当某